Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние оценки антропогенного воздействия на почвенный покров
1.1 Изменение характеристик почв при антропогенных нагрузках 10
1.2 Общая характеристика воздействия на почвы Иркутской области 12
1.3 Обобщение методик ущерба окружающей среде 15
1.4. Анализ способов восстановления почвенного покрова 23
2 Исследование антропогенного загрязнения почв территории Иркутской области 36
2.1 Применение пространственно-временной методики для определения ущерба почвенному покрову 36
2.1.1 Разработка методики оценки ущерба на основе пространственно-временной модели воздействия загрязнений на окружающую среду 42
2.2 Установление границ воздействия загрязнений на почвы населенных пунктов Иркутской области с учетом фактора времени 45
2.2.1 Ангарский и Усольский промышленный район 46
2.2.2 Иркутский район 53
2.2.3 Братский промышленный район 58
2.2.4 Зиминско-Саянский промышленный район 62
2.2.5 Тайшетский промышленный район 67
2.2.6 Поселок Слюдянка 68
3 Разработка технологии комплексной оценки почв территории Иркутской области 74
3.1 Основные объекты загрязнения и токсиканты, характерные для Иркутской области 74
3.2 Технология комплексной оценки 76
3.3 Выявление областей с совокупным загрязнением (наложение областей воздействия) 78
3.4 Рекомендуемые меры по восстановлению характеристик почвенного покрова 86
4 Обоснование санирования как технологического метода по улучшению качественного состояния почв 88
4.1 Анализ степени деградации почв 88
4.2 Процесс деградации почв на примере территории Ковыктинского газоконденсатного месторождения 91
4.3 Технические решения для восстановления качественных характеристик почв 98
4.3.1 Выбор способа восстановления качества почв 98
4.3.2 Подбор реагентов для санирования 99
4.3.3 Технологическая схема работ по санированию почв 103
4.3.4 Преимущества процесса санирования почв 106
Заключение 112
Библиографический список использованной литературы 115
Приложения 127
- Общая характеристика воздействия на почвы Иркутской области
- Применение пространственно-временной методики для определения ущерба почвенному покрову
- Выявление областей с совокупным загрязнением (наложение областей воздействия)
- Процесс деградации почв на примере территории Ковыктинского газоконденсатного месторождения
Введение к работе
Актуальность исследования. На протяжении последних десятилетий в Российской Федерации происходили процессы интенсивного промышленного развития и экстенсивной добычи природных ресурсов, которые в связи с использованием устаревших технологий сопровождались существенным негативным воздействием на окружающую среду и накоплением экологического ущерба.
Значительному антропогенному воздействию подвергаются территории, располагаемые на границах населенных пунктов и на землях промышленности. Наносимый экологический вред оказывает непосредственное влияние на здоровье более чем 60 млн. жителей Российской Федерации, проживающих и работающих в городах.
Комплексная оценка экологического ущерба, накопленного в результате хозяйственной деятельности, до настоящего времени не проводилась, а имеющиеся данные носят фрагментарный характер. В частности, Федеральной службой по технологическому, экологическому и атомному надзору проводились оценочные исследования в Кемеровской и Иркутской областях с целью выработки предложений по ликвидации экологических обременений и реабилитации загрязненных территорий.
В нашей стране данной проблемой в разные годы занимались такие ученые, как В.И. Данилов-Данильян, В.Е. Лотош, А.К.Полищук, П.И. Томаков, Г.В. Коротаев, Г.А Евдокимова, Н.П. Мозгова, И.И.Потапов. При оценке воздействия хозяйственной деятельности на природную среду нашли отражение методы: биогеохимической индикации, разработанный доктором Т.Н. Нижарадзе, гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы, предложенный А.Е. Янковской, а также фрактальная теория пространственно-временных размерностей, сформулированная Ф.Н. Рянским. Однако в трудах перечисленных ученых не учитываются климатические, физико-географические особенности Иркутской области, а также не учитывается фактор времени.
Одной из причин является то, что используемые на практике методики оценки экологического ущерба территориям не учитывают распространение воздействия на периферию окружающего пространства, основаны на использовании пространственных показателей и не учитывают свойства времени. Таким образом, оценка состояния окружающей среды не проводится комплексно и не отражает реальный ущерб, наносимый природной среде и, в частности, почвенному покрову.
Кроме того, используемые методики оценки территорий и экологического ущерба не учитывают распространение воздействия на периферию окружающего пространства, основаны только на использовании пространственных показателей и не учитывают свойства времени.
Таким образом, существующие технологии оценки состояния окружающей среды не проводится комплексно и не отражают реальный ущерб окружающей среде и, в частности, почвам
Цель работы – разработка методики комплексной оценки почв на основе пространственно-временной модели и адаптация ее для определения уровня антропогенного воздействия на почвенный покров территории Иркутской области с учетом химических загрязнений и разработка мер по восстановлению химически загрязненных почв.
Идея работы состоит в том, что комплексная оценка почв должна проводиться с учетом фактора времени и распространения воздействия загрязнений на периферию окружающего пространства, которое заключается в наложении областей загрязнения от источников, находящихся на значительном (20-50 км) расстоянии друг от друга. Повышение качественных характеристик почв достигается почв за счет применения технологии санирования химически загрязненных почв.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи исследования:
покомпонентный анализ антропогенного загрязнения почв Иркутской области;
комплексный анализ влияния токсикантов промышленного происхождения на почвенный покров территории Иркутской области;
определение границ влияния антропогенных факторов на почвенный покров по пространственно-временной методике;
определение экологического ущерба почвенному покрову с учетом фактора времени;
выявление зон наложения и определение суммарного воздействия от различных типов токсикантов;
выбор оптимальных способов снижения антропогенного загрязнения почв;
разработка технологии повышения качественных характеристик химически загрязненных почв.
Объектом исследования являются почвы территории Иркутской области.
Предметом исследования являются методы оценки антропогенного загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения, фторидами, пестицидами, нефтепродуктами и твердыми бытовыми отходами.
В качестве методов исследования применялись фрактальный анализ области воздействия (с целью выявления степени устойчивости), системный анализ динамики уровня загрязнений, определение уровня плотности антропогенного воздействия, пространственно-временное моделирование, комплексный анализ антропогенного воздействия на почвы; использовано программное обеспечение: CorelDRAW Graphics Suite X3, Microsoft Office Excel.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Методика комплексной оценки состояния почв, подверженных загрязнениям токсикантами различного происхождения, разработанная на основе временного показателя оценки ущерба земельным ресурсам, позволяющая адекватно определить границы, а так же реальную величину антропогенного воздействия на состояние почв.
2. Выявление наличия зон наложения воздействия токсикантов от различных источников, находящихся на значительном (20-50 км) расстоянии друг от друга, в которых наблюдается превышение уровня загрязнений и обоснование целесообразности создания буферных зон с целью исключения кумулятивного эффекта.
3. Повышение качественных характеристик почв на основе технологии санирования разработанной с учетом пространственно-временных особенностей распространения токсикантов в почвенном покрове.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые произведена комплексная оценка загрязнения почв по пространственно-временной методике, позволяющая определить величину и закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик;
выявлен эффект наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов (в том числе, локальных), указывающий на повышенное негативное влияние на почвы городов, расположенных на расстоянии 20-50 км друг от друга;
установлена зависимость изменения качественных характеристик почв при применении санирующих агентов.
Практическая значимость работы:
разработана методика комплексной оценки почв применительно к Иркутской области с возможностью адаптации к другим территориям;
предложен метод определения величины ущерба окружающей среде на основе эффекта наложения областей антропогенного воздействия;
определена возможность прогнозирования антропогенного загрязнения территорий различного вида токсикантами с целью создания буферных зон;
разработанная методика апробирована на фактическом материале в ГУ МЧС России по Иркутской области (акт внедрения технологии комплексной оценки территорий с использованием технических средств от 25 сентября 2008 года);
предложена технология санирования почв, определены условия и ограничения ее реализации к влиянию антропогенных факторов на экосистемы различных уровней применительно к территориям Иркутской области.
результаты научного исследования могу быть применены в дальнейшем для разработки комплексной оценки антропогенного воздействия на природную среду с целью стабилизации ее состояния.
Апробация результатов научного исследования
Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Экологические проблемы хранения и использования вторичного сырья» (Лозанна, 1998); Всероссийское совещание по подземным водам Востока России (Новосибирск, 2000); «Геонауки» (Иркутск, 2008); «Проблемы земной цивилизации» (Иркутск, 2008); «Экология и современное образование» (Москва, 2008); круглый стол РАЕ «Вода живая и непостижимая», (Иркутск, 2008); «Успехи современного естествознания» (Москва, 2008); «The global problems of modern human ecology» (Лондон, 2008).
Достоверность и обоснованность выводов подтверждена корректной постановкой задач исследования, использованием современных методов исследований, большим объемом исходных данных и результатами экспериментальных исследований, проведенных аккредитованной лабораторией, ошибка которых по данным математической обработки составила 5-8 %.
Личный вклад автора заключается в:
- постановке цели, задач исследований, выполнении анализа современного состояния проблемы и путей ее решения;
- усовершенствовании методики и установлении закономерности изменения величины ущерба почвам, выявлении эффекта наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов, определен характер изменения состояния почвенного покрова и уровень деградации почв под влиянием антропогенных воздействий.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность доктору геолого-минералогических наук, заведующему кафедрой А.Г. Дмитриеву за практическое содействие и помощь при выполнении работы; доктору технических наук, профессору Е.В. Зелинской за советы и помощь, оказываемые в процессе выполнения работы; кандидату технических наук, доценту Л.М. Щербаковой за внимание и консультации.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ, 3 из них – в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения; изложена на 131 странице компьютерного текста, имеет библиографический список из 127 наименований, 2 приложения, содержит 24 рисунка и 23 таблицы.
Общая характеристика воздействия на почвы Иркутской области
Восточная Сибирь является крупным индустриальным центром России. В частности, на территории Иркутской области расположены крупнейшие предприятия электроэнергетики, угольной, горнодобывающей, алюминиевой, химической, лесной, лесоперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, машиностроительной, металлообрабатывающей, легкой и пищевой промышленности. В результате деятельности этих предприятий в атмосферу поступают продукты сгорания топлива и специфические вредные вещества, определяющие повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха в большинстве крупных городов [14]. В двадцати двух обследованных промышленных населенных пунктах области уровень загрязнения атмосферного воздуха (индекс ИЗА) оценивается как очень высокий, а в 1 как высокий. Города Братск и Иркутск на протяжении многих лет включаются в приоритетный список городов России с самым высоким уровнем загрязнения воздуха. Город Зима после небольшого перерыва вновь входит с 2001 года в этот список, а город Ангарск с 2004 года. На протяжении 5 лет в Приоритетный список входил город Шелехов (с 2000 по 2004 гг. включительно) и город Усолье-Сибирское (2001-2002 гг.) [44; 45; 46]. Понятно, что значительная часть этих выбросов осядет на почвенный покров, выпадет с осадками или перенесется воздушными потоками. К атмосферному загрязнению почв добавляются загрязнение и захламление почв территории Иркутской области твердыми бытовыми и промышленными отходами. Кроме того, на территории области продолжаются процессы подтопления и затопления земель, связанных преимущественно с изменениям гидрологического режима почв. Наблюдаются процессы переувлажнения земель. Использование пестицидов и протравителей семян на сельскохозяйственных угодьях Иркутской области также вносят свою лепту в процесс загрязнения земель. Такие негативные процессы, происходящие на территории области, вызваны антропогенными воздействиями, ведущими к деградации почв и общему загрязнению земель. Аварии на нефтепроводах, приводят к загрязнению почв нефтепродуктами, дополнительно ухудшая экологическую ситуацию в области. Столь активное воздействие не может не повлиять на состояние окружающей природной среды как непосредственно в местах антропогенного воздействия, так и в масштабах природной системы области в целом.
Города и крупные населенные пункты Иркутской области, как впрочем, и любой другой территории, представляют собой опасные источники разрушения и загрязнения природной среды. Негативное воздействие урбанизированных территорий на природу и человека в основном проявляется в повреждении земель, образовании антропогенных форм рельефа, изменении водного баланса территорий, загазованности и запыленности атмосферного воздуха, связанной с работами предприятий и автотранспорта, образовании твердых бытовых и промышленных отходов, сточных вод, загрязнение сельскохозяйственных угодий пестицидами, вырубкой леса, нарушением почвенного покрова, исчезновением климактерических видов растительности и оскудением животного мира. В настоящее время так называемые поврежденные земли в Центральном районе России составляют 600 га из каждых 1000 км", в южных частях европейской части России - 100-600 га на 1000 км . Сибирь и Дальний Восток - пока менее 100 га на 1000 км". Но именно здесь расположены перспективные и малоразработанные месторождения полезных ископаемых и в связи с этим можно ожидать большие изменения природной среды и появление техногенных ландшафтов, если своевременно не принимать упреждающие меры, для чего необходимо владеть эффективными методами, позволяющими прогнозировать и учитывать возможный ущерб окружающей среде.
Именно с точки зрения разработки адекватных методик оценки ущерба, в том числе применительно к работе горнодобывающих предприятий, предлагаемое исследование актуально и своевременно. Вместе с тем проблема адекватной оценки антропогенного воздействия на природную систему с последующими экономическими и социальными результатами, чрезвычайно сложна и многофакторна. Кроме того, с современных позиций устойчивого развития оценка воздействия на природную среду является одним из индикаторов справедливости как внутри одного поколения, так и между различными поколениями людей.
Наблюдения за состоянием загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных вод, суши, донных отложений, почв, атмосферных осадков и выпадений, снежного покрова, радиоактивного загрязнения и гидробиологические наблюдения проводятся Иркутским межрегиональным территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ИУГМС). В его состав входят три центра мониторинга загрязнения природной среды: Иркутский ЦГМС-Р, Байкальский ЦГМС и Братский ЦГМС. Методическое руководство сетевыми подразделениями, расположенными на территории Иркутской области, осуществляется Иркутским ЦМС.
По данным ИУГМС почвы территории Иркутской области, отличающиеся большим разнообразием, испытывают значительную антропогенную нагрузку. Наиболее сильное техногенное загрязнение пахотных почв в Шелеховском и Зиминском районах по данным, полученным в период с 1993 по 2004 годы. В «Ежегодниках загрязнения почв Иркутской области» содержатся данные по наличию токсикантов в почвах (свинец, марганец, хром, никель, молибден, олово, ванадий, медь, цинк, ртуть, кобальт, сульфаты); по кислотности почв (рН); по загрязнению атмосферных осадков, снежного покрова и почв фтористыми соединениями. Также представлены данные по загрязнению почв нефтепродуктами и пестицидами. Используя данные, полученные путем наблюдений за загрязнением атмосферных осадков, снежного покрова и почв [44, 46, 47] и авторскую методику [86] получаем возможность произвести комплексную оценку состояния почв территории Иркутской области.
Контроль качества аналитических измерений проводится с помощью внутреннего и внешнего контроля. Критерием оценки загрязнения почвы принимается предельно допустимое количество (ПДК) загрязняющего вещества, а в случае их отсутствия - сравнение уровней загрязнения с фоновыми или с почвенными кларками. (Кларк — весовое процентное содержание химического элемента в земной коре в процентах, названное в честь Ф.У. Кларка).
Применение пространственно-временной методики для определения ущерба почвенному покрову
Достоверный учет влияния антропогенного воздействия на природную систему в зависимости от иерархии уровней возможен только с учетом времени [81;82;86]. Суть предлагаемой ниже пространственно-временной модели оценки ущерба рассмотрим на примере комплексной оценки природной системы территории Иркутской области.
Природная система территории Иркутской области состоит из конкретных, тесно взаимосвязанных в пространстве и времени подсистем: почвы, водные ресурсы, атмосферный воздух. Каждая из перечисленных подсистем иерархична (состоит из последовательно «вложенных» один в другой элементов), и фрактальна, а значит, обладает свойствами самоподобия в структурной организации пространственных элементов независимо от масштабного уровня в последовательном (ранжированном) ряду их размеров.
Учитывая иерархическую структурированность окружающей среды и адекватную ей структурированность времени, соответствующую различным уровням природной системы, перейдем к обоснованию теоретической модели оценки состояния природной среды территории Иркутской области [86;103;104].
Известно, что все фрактальные системы обладают свойством нелинейности [99]. Это одно из фундаментальных свойств, характеризующих природные системы, формирование которых происходило в режиме самоорганизации [99 ].
Фрактальное расширение области воздействия на окружающую среду предопределяет также нелинейный характер затухания степени локального воздействия[97] (от отдельно взятого города) при распространении его на постепенно увеличивающийся размер окружающего пространства. Интенсивность локального воздействия будет нелинейно уменьшаться с увеличением радиуса исследуемого пространства. Так, на локальных объектах степень воздействия чрезвычайно высока и носит дискретный (импульсный) характер. Далее она сначала резко, а затем постепенно, снижается, плавно переходя к значению, близкому к нулевому, на уровне области. Аккумуляция же энергии (жизненной силы) окружающей среды, обусловленная свойствами времени, будет максимальной именно на уровне области в целом и минимальной на уровне локального объекта (города). Таким образом, плотность воздействия находится в обратной зависимости от размеров пространственных элементов системы с соответствующим ходом времени, а аккумуляция энергии - в прямой зависимости.
Время исследуемой системы слагается из времен компонентов, ее составляющих[120]. Причем темп хода времени у каждого компонента свой, определяемый его энергонасыщенностью или его энергетическим "вкладом" в обеспечение устойчивости среды как системы. Следовательно, чем выше энергонасыщенность, тем выше разрешающая способность, тем медленнее «течет» время, тем шире возможности адаптации к внешним воздействиям[120 ]. Значит, время крупных форм рельефа будет определяющим для времени системы (более того, именно рельеф является параметром порядка), поскольку оно вмещает время всех других компонентов. Известно, что энтропия возрастает с ростом числа подсистем, а противостоит ей именно плотность времени, следовательно, и плотность времени будет увеличиваться с увеличением числа подсистем [70]. Время одной подсистемы будет накладываться на другое, проникая одно в другое. Такая совместная работа времён различных подсистем помогает всей системе находиться в состоянии динамического равновесия до определенного предела. Действия антропогенного характера коренным образом нарушают и темп хода времени, и плотность времени системы, особенно на локальном уровне [27; 96]. Разрешающая способность системы падает, фактически происходит уничтожение времени существующей системы. Антропогенное воздействие распространяется от центра локального объекта, ввергая природную систему, по сути, в хаотическое состояние. Противостоящая ему плотность времени, наоборот, увеличивается с уменьшением масштаба, поскольку жизненная сила с увеличением пространственно-временного уровня возрастает, как и разрешающая способность системы, но удельная плотность ее уменьшается. Таким образом, энтропии в системе противостоит плотность времени (организованность системы), но лишь до определенного предела. Антропогенное воздействие на локальном уровне часто носит импульсный характер и время не успевает «накапливаться» на данном уровне системы, поскольку накопители либо уничтожены (растительный покров), либо мигрировали (животный мир). Кроме того, происходит воздействие на темп хода времени и его плотность в рамках вышележащих уровней. А это значит, что, подойдя к порогу устойчивости, система просто перестанет «контролировать ситуацию». Следовательно, пересечение кривых плотности воздействия и аккумуляции энергии даст точку перехода количественных изменений системы в качественные и, тем самым, определит границу хаоса. Следовательно, именно здесь мы сможем получить данные, позволяющие прогнозировать дальнейшее поведение системы [5; 8; 9]. И именно здесь, в рамках данного уровня, будет находиться та самая искомая точка (её можно назвать точкой сингулярности или бифуркации), определяющая порог устойчивости системы (см. рисунок 2).
Выявление областей с совокупным загрязнением (наложение областей воздействия)
Проведенный анализ почв, на примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения, показал, что деградация почв по физическим и химическим показателям достигает 3 и 4 степени.
Выполнен расчет ущерба от деградации почв и земель Ковыктинского газоконденсатного месторождения; на основании результатов установлено, что учет фактора времени позволяет определить реальную величину ущерба, которая составила от 132 у.в.е. (по цинку, г.Ангарск) до 3151 у.в.е.(по фтору, г.Шелехов) и 5592 у.в.е. (по фтору, г.Братск).
Обоснована целесообразность применения метода санирования, как технологии позволяющей улучшать химические показатели почвенного покрова. Разработана технология санирования, включающая предварительное обследование почв, технический и биологический этапы. Показано снижение уровня химического загрязнения при использовании предложенной технологии санирования в два-три раза.
Проведенный анализ изменения качественных характеристик по химическим и физическим показателям почв городов, расположенных на расстоянии 20-50 км (Иркутск - Шелехов, Ангарск - Усолье-Сибирское, Свирск - Черемхово) показал снижение превышения уровней ПДК токсикантов в почве в 2-3 раза в результате применения технологии санирования почв. В работе представлено решение актуальной задачи: на основе пространственно-временной модели выполнена комплексная оценка почв территории Иркутской области и разработаны мероприятия по их восстановлению. 1. Проведенный покомпонентный анализ почвенного покрова территории Иркутской области позволил установить закономерности распределения концентрации токсикантов, таких как фтор, сульфаты, свинец, цинк, кобальт, марганец, ртуть, медь, заключающиеся в превышении их численного значения по отношению к ПДК в 2-50 раз в зависимости от типа источника или от характера выбросов. Нами установлено, что зависимости концентрации загрязнителей в почвенном покрове от удаленности от источника воздействия не являются монотонно убывающими, а имеют определенные пики максимумов на различных расстояниях от предприятий. На основании полной оценки антропогенного воздействия на почвы территорий, выявлены закономерности изменения накопления загрязнений в почвенном покрове, свидетельствующие о стохастическом рассеивании токсикантов вокруг промышленных центров и других населенных пунктов, что приводит к негативному воздействию на окружающую среду даже на значительном удалении (25-30 км) от источников воздействия. 2. Предложена принципиально новая технология комплексной оценки антропогенного воздействия загрязняющих веществ на почвы, позволяющий определить величину и закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик. Технология комплексной оценки осваиваемых и урбанизированных территорий, включает взаимосвязанные процедуры оценки, начиная с определения основных источников загрязнения почв, анализа распространения воздействия по пространственно-временной методике и построение моделей и графиков динамики загрязнения и до разработки мер восстановления нарушенного (загрязненного) почвенного покрова с целью исключения наложения воздействий от разных токсикантов и разных источников. 3. Произведена комплексная оценка антропогенного воздействия на почвы территории Иркутской области, и выявлены закономерности накопления токсикантов в почвенном покрове с течением времени, заключающиеся в значительном превышении ПДК в почвенном покрове, нелинейном характере изменения концентрации с максимальным экстремумом в пятикилометровой зоне от источника загрязнения, которое для отдельных компонентов, таких как свинец, сульфаты, гидрокарбонаты, фтор и фториды, достигает 10 -70 раз. При этом установлено, что изменение накопления токсикантов носит стохастический характер. 4. С использованием пространственно-временного моделирования рассчитан ущерб, позволяющий определить реальную величину негативного воздействия, включая химические загрязнения. Рассчитанные значения ущерба свидетельствуют о том, что для самовосстановления почвенного покрова территорий, загрязненных токсикантами, требуется зачастую 100 и более лет. 5. Выявлены зоны наложения областей воздействия от токсикантов различного происхождения, что позволяет определить территории, подверженные многократному воздействию комплексом загрязняющих веществ. С применением пространственно-временной методики определения ущерба, показано, что наложение воздействия от различных источников принципиально меняет характер и уровень загрязнения. Проведенный анализ изменения качественных характеристик почв городов, расположенных на расстоянии 20-50 км (Иркутск - Шелехов, Ангарск - Усолье-Сибирское, Свирск - Черемхово), показал наиболее подверженные химическим загрязнениям зоны. Распространение загрязнений на периферию окружающего пространства достигает 25 — 32 км, это обуславливает появление зон наложения различных типов воздействия токсикантов, на расстоянии 10-15 км, с возможностью взаимодействия токсикантов между собой и усиления влияния на почвы до 1000 ПДК по отдельным компонентам.
Процесс деградации почв на примере территории Ковыктинского газоконденсатного месторождения
Исследованная территория Ковыктинского ГКМ, по схеме почвенно-географического районирования находится в мерзлотно-таежной почвенно-биоклиматической области Среднесибирской горно-таежной провинции очень холодных почв, Лено-Ангарском округе горных мерзлотно-таежных и подзолистых почв высокого расчлененного плато [1; 2]. Этот почвенный округ с севера, запада и востока пространственно сопряжен с Усть-Кутским южно- и среднетаежным округом дерново-карбонатных оподзоленных, подзолистых и мерзлотно-таежных почв. С юга район ГКМ, согласно почвенно-географического районирования Прибайкалья, находится в зоне контакта округа с преобладанием почв подзолистого типа и округа дерново-карбонатных и дерново-подзолтистых остаточно-карбонатных почв.
На основании данных таблиц 17 и 18 определены 3 и 4 степени деградации почв на всей территории Ковыктинского газоконденсатного месторождения. Это позволяет провести анализ состояния почвенного покрова отдельных участков данной территории.
В условиях горного рельефа почвенно-генетическую характеристику начнем от наиболее высоких местоположений с элювиальным типом дифференциации веществ. Элювиальные элементарные ландшафты принято рассматривать в первую очередь при анализе ландшафтно-геохимических катен, что приемлемо и для анализа почвенного покрова.
Положение района месторождения в таежной зоне определяет развитие здесь в элювиальных условиях зонального подзолистого процесса в почвах наиболее дренированных поверхностей. На останцовых вершинах плато с высотными отметками 1220-1260 м под кедрово-пихтовыми разреженными чернично-мелкотравно-зеленомошными лесами сформированы маломощные горные подзолы, развитые на выщелоченных песчаниках ийской свиты нижнего ордовика. Это красноцветная порода придает соответствующую окраску почве, розоватый оттенок белесому подзолистому горизонту А2, вследствие чего такие почвы названы нами розовыми подзолами и рекомендованы для занесения в Красную книгу почв с приданием статуса особо охраняемых. В функционировании маломощных подзолов ярко выражена роль геологического фактора, промывного водного режима, формирующего элювиальный горизонт А2, и биотического фактора в верхней части почвенного профиля. Мохово-подстилочный (0) горных подзолов имеет мощность от 4 до 15 см, кислую реакцию среды (рН вод.4,0-4,6), зольность от 7 до 18%. Непосредственно под этим органогенным слоем сформирован пепельно-беловатый горизонт А2 мощностью 7-10см, легкий песчанисто-пылеватый суглинок. С глубины 15-20см он резко сменяется красновато-коричневатым горизонтом В или ВС - среднесуглинистым с обилием плитчатых обломков песчаника с белесой присыпкой на их поверхности.
В процессе подзолообразования из почв выносится кальций. Его количество в данных подзолах (около Зг/кг) в три раза ниже средней величины (Юг/кг) для всех исследованных почв района.
Организация в тайге геологоразведочных работ, включая прокладку геофизических профилей и других линейных сооружений, обустройство вахтовых поселков, буровых и вертолетных площадок сопряжена с вырубкой лесной растительности, механическими нарушениями надпочвенного покрова и верхнего органо-минерального слоя почв. Это обстоятельство, а также сопутствующие названным работам лесные пожары, охватывающие значительные площади тайги, ослабляют ее газорегулирующие функции. Еще более ощутим риск тайги из-за нарушения гидротермического режима почв вследствие уничтожения теплоизоляционного мохово-подстилочного слоя, выполняющего роль стабилизатора водного режима таежного ландшафта, его стокоформирующей функции.
На основе анализа литературы нами было выявлено, что при оценке последствий механических воздействий на почвы, следует отметить их критическое водно-физическое состояние и высокую степень изменчивости окислительно-восстановительного режима при снижении стабилизирующей функции растительного покрова. Его ландшафтно-геохимическая роль весьма значительна в биологическом круговороте вещества — главном функциональном механизме геосистем. С уничтожением их растительного компонента резко изменяется динамика вещества и его баланс в ландшафте. Согласно критериям, представленным в таблицах 17 и 18 эти почвы можно отнести к 3 и 4 степени деградации.
Показано, что нарушение верхней органогенной части почв, где сосредоточена микробиологическая деятельность и биохимическая трансформация вещества, ведет к резкому снижению потенциала самоочищения ландшафта. Существенно участие в этом процессе хемозащитного мохово-подстилочного слоя, который благодаря своей высокой сорбционной способности выступает мощным биогеохимическим барьером. С его исключением из функционально-природной системы связаны необратимые изменения вещественного состояния почв, устойчивость которого, как и всего ландшафта, обусловлена кислотно-щелочным равновесием. Его стабильность во многом зависит от биотического компонента.
Продукты жизнедеятельности растительности оказывают на почвы подкисляющее действие. Это особенно важно в данном районе, где почвообразующие породы имеют преимущественно щелочную среду, а почвам в целом свойственны контрастные, кислотно-щелочные условия. При эволюционно сложившемся взаимодействии биотического и литогенного факторов почвообразования в каждом местоположении создается своя кислотно-щелочная обстановка и соответственно свои условия миграции и аккумуляции химических элементов в почвах, то есть те или иные их самоочищающие возможности.
Проведенный анализ нарушенных почв, главным образом грунта буровых площадок, показал, повышенное содержание в них не только кальция, но и железа, кобальта, никеля, ванадия. Было отмечено заметное накопление свинца, концентрация которого в корке техногенного грунта (18 мг/кг) превышает таковую по всей его толще (8-12 мг/кг). Дело в том, что свинец мигрирует в бикарбонатной форме в слабокислой среде, а в нейтральной и щелочной окислительной среде, тем более с испарительной концентрацией, что характерно для рассматриваемого случая, он теряет свою подвижность и активно накапливается. Согласно критериям, представленным в таблице 17 эти почвы можно отнести к 3 степени деградации.
